（中交第四公路工程局有限公司，北京 100000）

淺析橋梁的主要病害及加固方法

韓洪艷

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100000）

本文分析了公路混凝土橋梁病害的原因，闡述了橋梁綜合加固技術(shù)的構(gòu)思，對有效和合理地解決公路橋梁的病害問題具有重要意義。

橋梁；病害分析；加固方法

一、前言

根據(jù)交通部門數(shù)字表明，我國通車公路上現(xiàn)有各種橋梁32萬座，已普查出的危橋達10萬于座，第二次全國公路普查資料得知，我國國道、省道和縣道公路橋梁中技術(shù)狀況評定為三類的有28095座，計857440延米；四類的有5424座，計178451延米；危橋3402座，計145575延米。根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，凡評定為三類及其以下等級的橋梁就需安排中修、大修或加固。因此舊橋、危橋的加固和改造任務(wù)十分繁重。

二、橋梁常見病害原因分析

在現(xiàn)代建設(shè)中，很多公路橋梁都會因各種原因不同程度地存在缺陷、病害，這些病害嚴重影響了橋梁的使用性能，再加上超載、超限車輛的日益增多，大批橋梁的技術(shù)狀況，已不能滿足行車安全的需要。若不及時修補和加固，甚至?xí)＜皹蛄旱氖褂眉鞍踩阅堋Ｒ虼?，需要對橋梁病害情況進行成因分析，然后針對具體問題制訂相應(yīng)的方法進行橋梁維修、加固，才能確保公路的暢通。我國橋梁常見病害有：橋面鋪裝開裂、伸縮縫損壞、鋼筋銹蝕、支座破壞和橋梁墩臺基礎(chǔ)的病害等。這些病害的原因主要是荷載引起的裂縫及砼受到破壞而造成的。

（一）荷載引起裂縫的原因分析

荷載引起的裂縫主要表現(xiàn)在設(shè)計計算階段、施工階段、使用階段，以及溫差、和伸縮引起的裂縫；尤其是使用階段產(chǎn)生的裂縫更為明顯；橋梁在荷載作用下產(chǎn)生的裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴重部位。但必須指出，如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結(jié)構(gòu)達到承載力極限的標志，是結(jié)構(gòu)破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同受力方式，在使用階段產(chǎn)生的裂縫特征如下：

1 中心受拉。裂縫貫穿構(gòu)件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時，裂縫之間出現(xiàn)位于鋼筋附近的次裂縫。

2 中心受壓。沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。

3 受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫，并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時，裂縫間可見較短的次裂縫。當(dāng)結(jié)構(gòu)配筋較少時，裂縫少而寬，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性破壞。

4 大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構(gòu)件，類似于受彎構(gòu)件。

5 小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構(gòu)件，類似于中心受壓構(gòu)件。

6 受剪。當(dāng)箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞，沿梁端腹部出現(xiàn)大于45°方向的斜裂縫；當(dāng)箍筋適當(dāng)時發(fā)生剪壓破壞，沿梁端中下部出現(xiàn)約45°方向相互平行的斜裂縫。

7 受扭。構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條約45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。

8 受沖切。沿柱頭板內(nèi)四側(cè)發(fā)生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。

9 局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。

（二） 砼受到破壞的原因分析

橋梁病害的分析和評定，屬于科學(xué)研究中較為復(fù)雜的一個問題。眾所周知，混凝土是一種復(fù)雜多相復(fù)合材料，其抗拉強度遠低于抗壓強度，在約束下變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其抗拉強度時，混凝土就會發(fā)生開裂。然而，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題，在許多情況下，難以用單一或十分準確的原因加以解釋。從整體理論角度來看，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性不是一個單一問題（如鋼筋銹蝕、堿-骨料反應(yīng)、凍融、硫酸鹽侵蝕等），而且還與工程的環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土的生產(chǎn)工藝過程以及荷載作用等有關(guān)。

以混凝土的劣化為例，初因是微裂縫和孔隙的存在，有些甚至是不可見裂縫（肉眼正常視力在明視距離 1m 能辨認寬度 0.1mm 的裂縫，稱為可見裂縫）。在侵蝕和荷載雙重作用下，混凝土水密性逐漸喪失，由于鋼筋銹蝕、堿 - 骨料反應(yīng)、凍融循環(huán)或硫酸鹽的侵蝕，使孔隙內(nèi)靜水壓力增大，導(dǎo)致混凝土的膨脹和開裂，從而也使混凝土的強度和剛度降低，甚至喪失整體性。

三、加固的主要技術(shù)方法

混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)，有傳統(tǒng)的加大截面法、噴射混凝土加固技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、外粘鋼板（或玻璃鋼板）以及纏繞鋼絲法等加固技術(shù)。近年來，還有廣泛使用的 FRP （纖維增強塑料）加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)。在改善混凝土的使用性能和耐久性方面，有各種混凝土裂縫修補技術(shù)，以聚丙烯纖維為代表的高性能纖維混凝土的應(yīng)用，堿 - 骨料反應(yīng)抑制劑、以及滲透型鋼筋阻銹劑的推廣使用等。而且，橋梁維修加固的新材料、新技術(shù)和新工藝，隨著科學(xué)和社會的進步還將不斷推出。

針對橋梁常見的病害處理主要有以下幾個方面：

（一） 橋面鋪裝加固

如果是局部破損，將破損處表面鑿毛清理干凈后涂刷同標號的水泥砂漿或其它粘結(jié)材料，然后鋪筑一層水泥混凝土鋪裝層。如果橋面板的碎損特別嚴重，必須將原有的行車道鋪裝全部拆除清理干凈后重新澆注混凝土橋面板。如有需要，錨入適量短鋼筋，配置1～2層鋼筋網(wǎng)。或者在舊有橋面板上重新加鋪一層混凝土或鋼筋混凝土補強層。此方法既能修補已出現(xiàn)裂縫、剝離等損壞的橋面板，又能加高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗彎能力，改善鉸結(jié)梁板的荷載橫向分布，從而提高橋梁的承載能力。

（二）伸縮縫的維修加固

伸縮縫應(yīng)注意日常保養(yǎng)，若有損壞或功能失效，應(yīng)依據(jù)缺陷程度確定是進行部分修補、部分更換還是全部更換。若鋪裝層破壞后，應(yīng)鑿除重新鋪筑，鑿除破損部位應(yīng)劃線切割（或鑿），清除舊料后再澆筑新面層。若材料老化、斷裂、變形、不能正常運行時應(yīng)及時拆除并更換新型伸縮縫。

（三）鋼筋銹蝕的維修加固

鋼筋發(fā)生銹蝕后斷面積減小，直接影響結(jié)構(gòu)抗拉和抗彎能力；銹蝕部分的體積可膨脹至原來體積的10%以上，對周圍混凝土形成擠壓，造成混凝土開裂、剝蝕，降低混凝土對鋼筋的握裹力。為維持橋梁的正常運營，需要對出現(xiàn)鋼筋銹蝕的橋梁進行維修。主要維修步驟為：鑿除松脫、剝離等已損壞部分混凝土；對鋼筋作除銹處理，并清理混凝土面上灰塵，除銹后即進行防銹處理；涂以環(huán)氧膠液等粘結(jié)劑；立模、配料澆筑，或噴漿、涂抹施工。對新噴涂或澆筑混凝土面進行表面處理。

（四）墩臺基礎(chǔ)的維修加固

橋梁墩臺基礎(chǔ)在常年使用過程中，除了承受上部構(gòu)造荷載外，還將承受各種外力的作用。因此，橋梁墩臺將會出現(xiàn)不同程度的損壞。橋梁墩臺基礎(chǔ)常產(chǎn)生的病害有：基礎(chǔ)不均勻沉降、滑移和傾斜，以及基底局部沖空，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的異常應(yīng)力和開裂等；墩、臺身的各種水平、豎向和網(wǎng)狀裂縫，混凝土剝落、空洞和老化，結(jié)構(gòu)變形、移位等。應(yīng)根據(jù)不同損壞程度及結(jié)構(gòu)情況進行維修加固，延長橋梁使用壽命，充分發(fā)揮現(xiàn)有公路基本設(shè)施的經(jīng)濟效益和社會效益。

1基礎(chǔ)加固方法有：水泥灌漿加固法、擴大基礎(chǔ)加固法、鋼筋混凝土套箍加固法、增補樁基加固（打入樁或鉆孔灌樁）法、人工地基加固（改良地基）法等。

2墩臺加固方法有：鋼筋混凝土套箍或護套加固貫通裂縫的墩臺法、用支撐法或增設(shè)擋土墻法處理墩臺滑移、用頂升法加固產(chǎn)生過大沉降的橋梁結(jié)構(gòu)等。

四、工程實例

1 陜西西銅高速公路2013年第二批三類橋梁加固維修工程第二合同段某橋，該橋通車至今，橋梁結(jié)構(gòu)不斷老化，主要病害有橋面鋪裝及伸縮縫破損、滲漏嚴重；支座懸空、脫落、包裹、滑移、嚴重變形、橡膠開裂、無鋼板、鋼板和螺栓銹蝕、墊石破損露筋，滲水、泛堿，個別橋橋墩基礎(chǔ)外露、沖刷嚴重，空心板間鉸縫勾縫砂漿脫落嚴重等。

2 加固方法

（1）裂縫處理

裂縫壓力注漿法的施工工藝：裂縫檢查→裂縫表面清理→注漿料拌合→安裝注漿嘴→裂縫封閉→嚴格的灌注順序及注漿控制→注入孔及封縫段的表面處理。

（2）加固區(qū)砼表面清理

采用人工鑿除法、氣動工具鑿除法或高速射水法將該處松散、破損、污損的混凝土清除干凈，直至露出堅硬密實的基面，同時應(yīng)注意保證該部位無油污、油脂、蠟狀物、灰塵以及附著物等物質(zhì)。

（3）粘貼碳纖維布

被粘貼混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去表面浮塵、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)基面，轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)進行導(dǎo)角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。在處理好的混凝土表面上涂一層很薄的底層膠，從而使得混凝土與碳纖維布之間黏結(jié)性得以提高。底膠涂布面邊界應(yīng)不小于所粘貼的碳纖維布大小。按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布，注意不要在幅寬方向進行裁剪，碳纖維主筋粘貼方向應(yīng)嚴格按照施工圖執(zhí)行；每處施工完成后，自然養(yǎng)護24小時內(nèi)應(yīng)確保不受外力硬性沖擊等干擾；該工程施工過程平均氣溫一般都高于15℃，估計自然養(yǎng)護至達到設(shè)計要求需要5天左右；對粘貼施工完成后的復(fù)合材料層，經(jīng)自然養(yǎng)護至黏結(jié)膠完全固化后，對碳纖維布粘貼面仔細檢查，確保碳纖維布貼層沒有空鼓或氣泡。

（4）鋼筋（鋼板）阻銹處理

對外露的鋼筋（鋼板）進行清理，除去銹漬，然后對鋼筋銹蝕區(qū)域采用多功能滲透性阻銹劑（表面涂刷型）處理，可滾刷或噴涂于結(jié)構(gòu)表面，選用材料應(yīng)滿足加固設(shè)計規(guī)范要求，并按施工規(guī)范進行施工。

（5）砼破損修補處理

在混凝土破損區(qū)域清理完成以及鋼筋阻銹處理工作完畢后進行砼修補處理。按照公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定及要求，采用環(huán)氧砂漿對破損區(qū)域進行修補，要求修補后結(jié)構(gòu)表面平整密實。所用環(huán)氧砂漿應(yīng)具有較低膨脹系數(shù)、收縮率和放熱溫度，并且還應(yīng)具有較高粘結(jié)力、硬度及抗沖擊性能，其配合比根據(jù)試驗確定，其性能必須滿足規(guī)范要求。。應(yīng)根據(jù)材料物理化學(xué)特性、修補厚度以及氣候條件等因素作好養(yǎng)護工作，確保修補質(zhì)量。

（6）粘貼鋼板

粘貼鋼板采用灌注粘貼法，工藝流程如下：

制作鋼板→基底處理→混凝土表面鉆孔→注膠→固定及加壓→固化→檢驗→防腐處理

（7）錨栓植入

采用鋼筋定位儀，精確放出錨栓的具體位置，植入孔位與設(shè)計位置最大偏移量不大于5cm。避開原結(jié)構(gòu)受力主筋和結(jié)構(gòu)鋼筋，植入深度見施工圖；植入錨栓時，應(yīng)對準孔洞插入，在插入螺栓時應(yīng)旋轉(zhuǎn)，盡量排除注膠時堵塞在孔內(nèi)的空氣，以確保錨栓表面與黏結(jié)膠充分結(jié)合。嚴格遵守黏結(jié)膠的化學(xué)凝固時間，待黏合膠完全固化后方可進行其它施工操作；

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范、設(shè)計圖紙和監(jiān)理細則要求，按其規(guī)定的取樣頻率對植入的錨栓進行拉拔試驗，待試驗結(jié)果達到規(guī)范和設(shè)計要求時再進行下一步工作

（8）滲水、泛堿

采取的處理措施是：首先必須解決橋面防水層的問題，處理橋面開裂、坑槽等病害，以解決由于防水層受損導(dǎo)致滲水的問題；修復(fù)導(dǎo)致漏水的各種附屬設(shè)施；對泛堿區(qū)域，應(yīng)先鑿除泛堿物，然后用環(huán)氧砂漿修補平整；修補整平后，在滲水泛堿區(qū)域涂刷表面防水劑，以隔斷水與混凝土的接觸，起到保護混凝土及鋼筋的作用。對部分空心板梁內(nèi)長期積水的，在底板較低處開鑿一小泄水孔，用塑料導(dǎo)管將水引出。鑿孔和導(dǎo)管直徑約3cm，鑿開前應(yīng)探測鋼筋位置，避免傷害主筋，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼束。

維修加固施工順序見圖1：

圖1

3 實施效果

施工技術(shù)和工藝是實現(xiàn)設(shè)計意圖的重要保證。進行維修、加固后，經(jīng)荷載試驗表明，達到了良好的加固效果。

結(jié)語

橋梁維修、加固方案的選擇和設(shè)計，對加固工程的質(zhì)量和經(jīng)濟性有很大影響，是維修、加固改造項目成功與否的關(guān)鍵。各種維修、加固技術(shù)各有其優(yōu)缺點和適用性，方案選擇應(yīng)結(jié)合具體工程的特點，針對不同的橋梁病害，綜合采用各種維修加固技術(shù)措施，盡量考慮綜合經(jīng)濟指標，做到技術(shù)可靠，經(jīng)濟合理，方便施工。

[1]JTGTJ23-2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

U445 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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